(57)【要約】【課題】光触媒体の表面から深い領域においても光触媒機能を発現できるようにし、これによって光触媒体の単位面積あたりの光触媒機能を向上させる。【解決手段】光触媒体１は、緻密質の光散乱粒子３、および光触媒機能を持つ光触媒粒子２を含む。光散乱粒子３は、例えば、ガラスのビーズ、ガラスの破砕物、シリカのビーズまたはシリカの破砕物、中空ガラス球からなる。【選択図】              図１
2005007306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
緻密質の光散乱粒子、および光触媒機能を持つ光触媒粒子を含むことを特徴とする、光触媒体。
【請求項２】
前記光散乱粒子が、ガラスのビーズまたはガラスの破砕物からなることを特徴とする、請求項１記載の光触媒体。
【請求項３】
前記光散乱粒子が、シリカのビーズまたはシリカの破砕物からなることを特徴とする、請求項１記載の光触媒体。
【請求項４】
前記光散乱粒子が、中空ガラス球からなることを特徴とする、請求項１記載の光触媒体。
【請求項５】
無機バインダーを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の光触媒体。
【請求項６】
基体上に、光散乱粒子、および光触媒機能を持つ光触媒粒子を含む塗布液からなる塗膜を形成し、この塗膜を少なくとも乾燥させることによって光触媒体を製造することを特徴とする、光触媒体の製造方法。
【請求項７】
前記光散乱粒子が、ガラスのビーズまたはガラスの破砕物からなることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記光散乱粒子が、シリカのビーズまたはシリカの破砕物からなることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記光散乱粒子が、中空ガラス球からなることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記塗布液が無機バインダーを含むことを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】新しい浄化方法として、光触媒を利用した浄化方法が提案されている。光触媒は、半永久的に有機物質の分解が行えるという利点があるものの、分解反応が紫外線照射部分の表面に限られる為、膜状に被覆した場合、被処理体との接触効率が悪く、吸着剤に比較して除去能力が劣るという問題がある。そこで、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、吸着剤の吸着力と光触媒の分解力の双方の機能を利用したハイブリッド型の光触媒が提案されている。
【特許文献１】
特開平９−２４９８２４号公報
【特許文献２】
特開平１０−９４５８７号公報
【特許文献３】
特開２０００−１０２７３６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような光触媒層においては、光を受光できる表面領域（１μｍ程度）では光触媒機能を発揮できるが、光触媒層を厚くしても、光触媒機能が向上せず、有効に働かなかった。このため、単位面積あたりの光触媒機能を向上させることが困難であった。
【０００４】本発明の課題は、光触媒体の表面から深い領域においても光触媒機能を発現できるようにし、これによって光触媒体の単位面積あたりの光触媒機能を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質の光散乱粒子、および光触媒機能を持つ光触媒粒子を含むことを特徴とする、光触媒体に係るものである。
【０００６】また、本発明は、基体上に、光散乱粒子、および光触媒機能を持つ光触媒粒子を含む塗布液からなる塗膜を形成し、この塗膜を少なくとも乾燥させることによって光触媒体を製造することを特徴とする、光触媒体の製造方法に係るものである。
【０００７】本発明者は、光触媒体中に、光散乱機能を有する緻密質の光触媒粒子を配置することによって、光触媒体の厚さを大きくしたときにも、有効に作用する光触媒粒子を増やすことに成功した。この結果、光触媒体の表面から深い領域においても光触媒機能を発現させることができ、これによって光触媒体の単位面積あたりの光触媒機能を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係る光触媒体１を模式的に示す図である。光触媒体１は、光散乱機能を有する光散乱粒子３と、光触媒粒子２との混合物からなる。これに光４を照射すると、光が光触媒粒子３の表面で反射され、光触媒体１の深部へと向かって散乱される。そして光触媒体１の深部に存在する光触媒粒子の光触媒機能を活性化させる。
【０００９】ここで、光触媒粒子を構成する物質の種類は特に限定されず、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３等の光触媒物質を例示できる。アナターゼ型酸化チタンが特に好ましい。
【００１０】本発明では、緻密質の光散乱粒子を光触媒粒子と併用する。この光散乱粒子は、光散乱物質からなる緻密質の粒子である。
【００１１】光散乱物質としては、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等のガラス、シラスバルーン等の中空ガラス球、ケイソウ土、シリカが特に好ましい。
【００１２】光散乱物質が多孔質であると、粒子内部での光の打ち消しが多く、光触媒粒子への光の供給量が低下するものと思われる。このため、光散乱物質の気孔率は、５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。ただし中空ガラス球については内部の中空部分は含まず、ガラス部分の気孔率を指す。
【００１３】光散乱粒子の粒径は限定されないが、光触媒粒子への光の供給を促進するという観点からは、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましい。しかし、光散乱粒子が大きくなりすぎると、光触媒機能に直接関与しないことから、光触媒機能がかえって低下する傾向がある。従って、この観点からは、光散乱粒子の粒径は３００μｍ以下であることが好ましい。
【００１４】光触媒粒子の粒径は限定されないが、１０ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。また、光散乱粒子の粒径は光触媒層の膜厚の１／３〜２倍が好ましい。
【００１５】また、光触媒体の活性を向上させるという観点からは、光散乱粒子：光触媒粒子の重量比率は、３０：７０〜３：９７が好ましい。
【００１６】光散乱粒子として特に好適なのは、シリカビーズ、シリカの破砕物、ガラスビーズ、ガラスの破砕物、中空ガラス球である。
【００１７】光触媒体は、単独でも使用可能であるが、基体の上に設けることが好ましい。この基体の材質、形状、寸法は特に限定されない。基体の材質としては、ガラス、コージェライトやアルミナ等のセラミックス、金属、金属−セラミックス複合材料、紙を例示できる。基体の形状は、板、円筒、ハニカム状、三次元立体構造等特に限定されない。
【００１８】図１の例では、光触媒粒子と光散乱粒子とが直接混合されている。しかし、光触媒粒子を含む表面層と、光散乱粒子を含む下地層とを分離することも可能である。また、この場合には、表面層中に光散乱粒子を更に添加することができ、また、下地層中に光触媒粒子を更に添加することができる。
【００１９】光触媒体内にはバインダーを更に含有させることができる。このようなバインダーとしては、アルコキシシラン、シリカゾル等の無機バインダーが好ましい。
【００２０】光触媒体内には吸着剤を添加することができる。このような吸着剤としては、ゼオライトや活性炭等を例示できる。
【００２１】本発明の光触媒体を製造するには、例えば、基体上に、光散乱粒子、および光触媒機能を持つ光触媒粒子を含む塗布液からなる塗膜を形成し、この塗膜を少なくとも乾燥させることによって光触媒体を製造する。この塗布液の分散媒は特に限定されず、水であってよく、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコールなどの有機溶媒であってよく、水と有機溶媒との混合物であってよい。また、塗布液の塗布方法は特に限定されず、ディップコート、スピンコート、スプレーコートなどであってよい。
【００２２】ゾルゲル法の場合には、例えばチタンアルコキシドをアルコール等の溶媒に溶かし、アミン類を安定化分散剤として用い、酸を解膠作用の目的に添加して調整する。又、上記光触媒の坦持方法としてゾルゲル法を用いる場合、触媒活性の高いアナターゼ型にするためには、焼成を３００〜７００℃で行うこともできる。
【００２３】
【実施例】（実施例１）
平均粒径１０ｎｍの酸化チタンを分散させた光触媒スラリ−中に、平均粒径７０μｍの石英破砕物を重量比で１０％混ぜ、充分混合してスラリーを得た。このスラリーを、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板（窓ガラス用ソーダガラス）の表面にディップコートし、ガラス板を取り出し、１２０℃で２時間乾燥した。このようなディップコートと乾燥とを繰り返し行うことによって、焼成後の光触媒層の膜厚が０．１〜５０μｍとなるようにした。焼成は、大気中、４３０℃で２時間行った。比較のため、石英破砕物を混合しない光触媒だけの試料も同様に膜厚０．１〜５０μｍで作製した。
【００２４】図５に模式的に示す試験装置（全容積４Ｌ）を用いて、各光触媒層の光触媒機能を評価した。ガスチャンバ６上に治具１０によって各試料１を固定した。循環ポンプ８を用いてガスチャンバ６内にガス７を流し、試料１に対して接触させた。石英ガラス窓９を通して光源１２から矢印４のように紫外線４を照射した。
【００２５】具体的には、空気−アセトアルデヒド混合ガス（調整濃度３００ｐｐｍ）を循環ポンプ８により５Ｌ／ｍｉｎで循環させ、光触媒試料１に紫外線（紫外線強度１ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、アセトアルデヒドの分解特性から、光触媒機能を評価した。循環するガスのアセトアルデヒド濃度およびＣＯ２濃度の測定は、サンプリング口１１よりガスを抜き出し、ガスクロマトグラフを使用して行なった。
【００２６】図２に試験結果を示す。横軸は光触媒層の膜厚であり。縦軸はアルデヒドの分解によって生じるＣＯ２の平均生成速度である。試験結果から、石英破砕物を添加しない比較例の試料では、膜厚１μｍまでは、ＣＯ２平均生成速度が増加したが、それ以上光触媒層を厚くしても、生成速度の増加はほとんど認められなかった。一方、石英ビーズを分散させた本発明例の試料では、膜厚５０μｍまでＣＯ２生成速度が増加した。これは、光触媒層の深部まで光が有効に利用されていることを示している。
【００２７】（実施例２）
平均粒径１０ｎｍの酸化チタンを分散させた光触媒スラリ−に、平均粒径１００μｍの石英ビーズを重量比で５％混ぜ、充分混合した後、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板（窓ガラス用ソーダガラス）表面にすばやくディップコートし、ガラス板を取りだし、１２０℃で２時間乾燥した。このディップコートと乾燥とを繰り返すことによって、焼成後の膜厚が０．１〜５０μｍとなるように、塗工膜厚を調整した。焼成は、大気中、４３０℃で２時間行った。比較のため、石英ビーズの替わりにシリカゲルを同じ体積比で混合した試料も作製し、上記と同様にして焼成後の膜厚が０．１〜５０μｍとなるようにした。
【００２８】次いで、図５の試験装置を用い、実施例１と同様にして、各試料の光触媒機能を評価した。空気−アセトアルデヒド混合ガス（調整濃度３００ｐｐｍ）を循環させ、光触媒に紫外線４（紫外線強度１ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、アセトアルデヒドの分解特性から性能評価を行なった。図３、図４に試験結果を示す。
【００２９】図３の横軸は膜厚を示し、縦軸はアセトアルデヒド濃度の平均減少速度を示す。一方、図４の横軸は膜厚を示し、縦軸は分解によって生じるＣＯ２の生成速度を示す。
【００３０】図３から分かるように、シリカゲルを混ぜた場合には、シリカゲルが吸着材として作用するため、循環ガス中のアセトアルデヒドガス濃度の減少速度は大きくなる。しかし、図４を参照すると、ＣＯ２増加速度は、アセトアルデヒド濃度の低下速度に比例しておらず、アセトアルデヒドの吸着だけが先行して起こっていることが確認された。
【００３１】一方、図３からわかるように、石英ビーズを添加した場合には、アセトアルデヒド濃度の低下速度は相対的に小さい。これは石英ビーズにアセトアルデヒドの吸着能がないことを示している。しかし、図４から分かるよにう、石英ビーズを添加した場合には、ＣＯ２平均増加速度は相対的に大きいことが分かった。これは、石英ビーズの方がシリカゲルよりも、光触媒層の深部へと光を供給して光触媒粒子を活性化させる能力が高いことを示している。この理由は明確ではないが、シリカゲルも光を散乱する効果があるものの、シリカゲルはその内部に多数の空孔を有するため、シリカゲル内部での散乱による光の打消しが大きいものと思われる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光触媒体の表面から深い領域においても光触媒機能を発現できるようにし、これによって光触媒体の単位面積あたりの光触媒機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光触媒体１を模式的に示す図である。
【図２】実施例１において、光触媒層の平均膜厚とＣＯ２生成速度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２において、光触媒層の平均膜厚とアセトアルデヒドの平均減少速度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例２において、光触媒層の平均膜厚と、ＣＯ２の平均生成速度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例で使用した光触媒機能の評価装置を示す模式図である。
【符号の説明】１  光触媒体        ２  光触媒粒子        ３  光散乱粒子
４  光          １２  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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